談談熱工儀表校驗儀

劉愷

[摘 要] 詳細介紹了熱工儀表檢驗儀的工作原理以及技術指標,論述了應用中的注意事項，并提出了一個有效校準方法，具有一定參考價值。

[關鍵詞] 熱工儀表校驗儀技術指標檢定校準

0.前言

熱工儀表校驗儀作為檢定熱工儀表、過程儀表的計量標準設備已在許多檢測部門應用，為在化工、能源、食品、醫藥生產等各行各業廣泛使用的熱工儀表和過程儀表在線測量的數據準確性提供有力的技術保障。熱工儀表校驗儀的操作規程，將進一步完善熱工儀表的整體系統，提高各行業使用熱工儀表進行在線測量的準確性。

1.熱工儀表校驗儀概述

1.1 熱工儀表校驗儀的特點

熱工儀表校驗儀是為高精度、多功能校準熱工儀表而設計的臺式校驗儀表，采用高亮度帶背光大屏幕、中文菜單顯示，其結構堅固、緊湊、經濟實用，能夠在儀表車間、計量室、校準實驗室使用，滿足對各種熱工儀表的檢定、校準及維護的需要；能夠對多種熱電偶等信號進行測量，并表示為溫度值；具備參考端溫度補償功能，并能模擬輸出熱電阻等不同溫度相應的標準電量值；能夠輸出并測量直流電壓或電流值、電阻。

用戶可以通過人機界面將需要測量或是顯示的數據輸入電路中，由處理器接受并執行傳遞過來的指令，在完成相應的指令后將結果顯示在儀器的顯示屏上。由于熱電阻與熱電偶的溫度、電量數值呈現出非線性的特點，通常在電路中添加外擴的程序、數據存儲器。非線性補償可以采用公式計算、陣列存儲數據查表的方式，或是結合使用2種方法。

1.2 技術指標

以FY-4000—7型熱工儀表校驗儀為例，采用背光液晶顯示，Windows界面，操作便捷，功能齊全，精度為0.02％。定值輸出：熱電偶，K、S、E、T、 J、 B、R、N； 熱電阻，Ptl000、Ptl00、Ptl0、Cul00、Cu50；仿真電阻，0～ l KΩ；電壓，0～±100mV和0～±10V;電流，O～±25mA；頻率，0～1 kHz。步進輸出：可使用0.01％、0.2％、10％ 3種速率，進行正反向連續輸出，具體數值與定值輸出數值的范圍相同。

1.3 常見故障及解決方法

熱工儀表校驗儀常見的故障以下幾點：

(1)數碼管不亮時，應檢查電源輸入保險、電源線和電源開關是否良好，確認無誤后檢查穩壓電量輸出、顯示板引線是否良好；

(2)信號無輸出時，將量程開關選為5 v輸出方式，使用萬用表測量輸出端是否有輸出，以確定是調節電路還是輸出端故障，并進一步確認調節電路的電源、基準穩壓管、電阻元件或是輸出端引線等部位是否良好；

(3)輸出不穩時，基準電壓不變的情況一般是調節電位器接觸不良，可以用無水乙醇清洗電阻體和相關觸點，基準電壓變化的情況應更換調節電位器；

(4)輸出信號誤差大時，用萬用表測量輸出量程電阻，如果是20 mA電流誤差大應檢查分流電阻，如果是100mV和5V誤差大應檢查分壓電阻、量程開關，如果兩者誤差都很大，應確認A／D轉換器基準電壓，將其調整成1 V；

(5)信號不能輸入時，應檢查輸入保險、分流電阻。

2.校準方法

2.1 校準條件

熱工儀表校驗儀能夠輸出各種電信號，例如電阻信號、直流毫伏信號、直流毫安信號和電壓信號，并具備很好的精度，因此，熱工儀表校驗儀校驗使用的標準器應選擇測量電信號不確定度在校驗儀允許誤差20％～33％之間的測量標準器。恒溫器應選擇可以調節的，均勻性在0.O5℃ 以內，導線應選擇校準電阻信號的專用導線。

2.2 校準基本誤差的方法

(1)使用熱工儀表校驗儀校準熱電阻信號時，應根據國家檢定規程使用4根專用導線連接測量標準器，得出電阻信號基本誤差，根據分度表得到不同分度情況下的溫度誤差。

(2)使用熱工儀表校驗儀校準熱電偶信號時，應對直流毫伏信號輸出和冷端誤差分別進行校準。校準直流毫伏信號輸出誤差應按照相關的檢定規程連接標準器校準，將數字多用表設為mV檔并選擇相應的量程，將其連接到需要校準儀表的熱電偶輸出端。采用相關檢定規程中檢測校準點電量值的方法，輸出信號從下限開始逐漸增大，使用數字多用表測量模擬熱電偶輸出溫度值、電量值，達到上限后降低輸入信號，使用數字多用表測量模擬熱電偶輸出溫度值、電流值，直到達到下限。將誤差最大的測量數值作為最大基本誤差，根據儀表輸出的電量值、測量出的電量值和一定的修正值，能計算出基本誤差。

這種方法也存在一定的不足，主要是該方式適用于不具備熱電偶溫度自動補償的熱工儀表校驗儀，不能滿足具備溫度自動補償的熱工儀表校驗儀的使用要求，而目前大多數熱工儀表校驗儀都具備參考端溫度補償功能。另外，修正值不容易計算，實際溫度會與修正值的溫度有一定差異，導致測量標準器再精準也不能有效降低熱工儀表校驗儀校準的不確定度。

(3)熱工儀表校驗儀校準熱電偶信號時，基本誤差主要包括直流毫伏信號與冷端補償存在的誤差。根據相關檢定規程的要求，檢定基本誤差要將被檢定儀表插入冰點槽，并使用銅導線連接信號源，通過輸入直流毫伏信號對儀表誤差進行測量。使用類似的方法可以對溫度校驗儀進行校準，將溫度校驗儀作為被檢定儀表，將可調節的恒溫槽作為恒溫器，將測量標準器作為信號源，并針對熱工儀表校驗儀的使用情況，校準熱電偶不同溫度對照的毫伏值。

冷端誤差校準可以將溫度校驗儀和標準溫度計與恒溫槽連接，該方法對恒溫槽偏差沒有太高的要求，但均勻性不能超過0.05℃。恒溫槽的溫度開始設為20℃ ，用補償導線連接冷端輸入端和恒溫槽，用標準溫度計對恒溫槽溫度進行測量，使用標準水銀溫度計時應保持玻璃泡與補償導線短接端盡量接近并處于同一高度，待槽溫、冷端溫度處于恒定后再測量參考端電動勢值，并換算成溫度值。按一定幅度對恒溫槽溫度進行調整，待溫度恒定后再次測量熱電動勢值，重復測量直至熱電動勢值或是調整幅度接近零，則認為恒溫槽與冷端溫度保持一致。使用被校準的校驗儀測量溫度，讀取儀器指示值和溫度計讀數。然后，拆下參考端，接上銅導線，并放入恒溫槽。短接端需要與參考端盡量接近并保持同一深度，銅導線兩端接到標準器上測量熱電動勢值，根據儀器測量的溫度顯示值、標準溫度計的讀數、熱電偶在該溫度下的微分電動勢和補償導線一定溫度下的修正值計算出冷端補償誤差。根據計算結果和熱電偶分度表能夠換算出不同熱電偶的溫度值。通過將熱工儀表校驗儀的基本誤差分為直流毫伏信號和冷端補償兩部分誤差，有效地減少了補償導線以及冷端測量導致的誤差。

3.結束語

綜上所述，分別測量熱工儀表校驗儀的冷端補償、電量輸出誤差能夠使熱工儀表校驗儀更準確地進行校準。熱工儀表校驗儀的校準不確定度主要是由電量輸出與冷端補償的不確定度造成的，而電量輸出相對于冷端補償不確定度通常比較小。在校準熱電偶信號時，合成冷端補償與電量輸出的不確定度能夠確定熱工儀表校驗儀在不同分度情況下的測量不確定度，通過更精確地對冷端補償誤差進行測量，實現對高精度校驗儀的校準。

在多功能的熱工儀表校驗儀校準過程中，不必對所有的功能進行校準，應根據實際需要有針對性地進行校準， 以滿足用戶需求、提高校準精確度和效率為最終目的。